基于人工侧线的履带装备水阻力计算方法

针对水下装备的水阻力无法实时测量的问题，提出了一种基于人工侧线的履带装备水阻力计算方法。通过履带装备模型的人工侧线系统，提取不同来流速度和来流角度的传感器压力值，应用压力值的分布规律对履带装备模型的局部流场信息进行感知。通过履带装备模型水阻力拘束实验结合计算流体动力学（CFD）仿真的方式对水阻力系数进行辨识，建立履带装备模型的迎流面外形与黏性水阻力系数的函数关系。将人工侧线的流场感知结果作为输入，实时计算履带装备模型的水阻力。履带装备模型的人工侧线和水动力验证结果表明，人工侧线的压力分布特性可以有效地识别流场的来流速度和来流角度，履带装备模型的水阻力计算误差在工程应用可接受范围内。     

基于侧线感知机理对水下三角形干扰源感知方法的研究

为提高自主水下机器人(Autonomous underwater vehicle,AUV)的环境自适应能力,基于侧线感知机理,对水下目标进行形态识别和位置定位方法的研究。采用数值模拟的方法对流场中等边三角形的流场结构进行研究,提取"侧线"上的压力信号作为形态识别信息,训练并建立支持向量机(Support vector machine,SVM)识别模型。采用二步网格寻优的方法对SVM模型中的惩罚因子C和核函数参数g进行优化,模型测试表明,基于压力系数的时域波形结构可以对干扰源的形态进行辨识。通过提取压力系数波形中的特征值,对相对检测距离进行分析和拟合,结果表明利用压力信号的振幅,可以有效地计算出干扰源的相对位置。因此证明利用压力信号和SVM的方法,可以对水下目标进行识别和定位,为提高AUV的环境自适应能力提供了一种新思路。     

基于鱼类侧线感知机理的流场辨识方法及仿真研究

在研究鱼类侧线感知机理的基础上,综合运用了流体动力学,边界层理论,耦合仿生学等理论,建立类似于鱼神经丘模型的神经网络模型,从数值计算和仿真分析两方面对鱼体侧线系统进行模拟,并将研究结论应用于自治水下机器人(Autonomous underwater vehicle,AUV)的导航及目标定位,为AUV导航和环境辨识提供新思路。计算机仿真结果表明,基于鱼类侧线感知机理构建的感知模型可以有区分度地对一个新的水流工况进行识别,可为AUV的导航及目标定位提供支持。     

基于鱼类体线感知机理的水下机器人水流场识别研究

无人水下航行器(Unmanned undersea vehicle,UUV)是水下作业探测中一种应用广泛的工具,它能否很好地适应水下环境对其远距离正常工作有着重要影响。与水下鱼类对比,机器人与水下环境间的交互能力相去较远,其中尤以水下机器人对海洋环境的水流特征识别最为重要。传统UUV在水下的控制运行必须消耗大量能量维持状态与运行,这种被动应对环境的方式具有很大的不足,也对无线遥控水下机器人的生存造成障碍。因此,水下机器人能否正确感知水流是其能否进一步探索利用海洋的重要因素。研究发现,鱼类的侧线系统可感知水流,并辅助运动规划。研究鱼类侧线感知水流的机理,针对鱼雷型UUV的不同水流环境,使用计算流体动力学方法提取本体压力数据,选择线性判别分析与支持向量机技术训练并建立水流感知分类模型,从功能角度仿生侧线感应水流能力。模型测试表明,不同的水流工况下UUV识别到不同模式,可进行本体周围水况区分度辨识,为水下机器人识别水流环境与利用海洋提供一种新的视度。     

采用计算气动声学研究高速列车表面偶极子声源外辐射的指向性

将边界元声场分析方法与流体动力学分析技术有机结合起来,在某高速列车边界元模型中,导入流场脉动压力数据并在声学网格上转换成气动偶极子声源边界条件,采用直接边界元算法实现了基于表面偶极子声源的列车气动噪声外辐射声场的数值仿真,在此基础上对列车气动噪声外辐射场声压力分布规律以及车身表面偶极子源外辐射的指向性等特性进行了分析。研究表明:列车两侧的正横方向为车身表面偶极子声源主要水平声辐射方向,在离声源中心25m距离上可达80dB左右;车顶上方为主要横向声辐射声域,25m距离上可达83dB;频率越高,车身表面偶极子声源的指向性越强。     

基于小波变换的水下爆炸压力时频特征分析

提出了水下爆炸压力时频特征分析原理,给出了一次水下爆炸压力的测试结果,分析了短时非平稳水下爆炸压力的时频特征,提取了冲击波、首次和二次气泡脉动压力信号,讨论了它们在不同频带的能量分布规律.研究结果表明,冲击波压力的峰值大,衰减快,主要作用在1 kHz以上的高频段,易造成舰船局部的破损;气泡脉动压力的能量接近总能量的一半,主要作用在1 kHz以下中低频段,是使安装频率为数十赫兹的舰船设备产生冲击振动的主要能源.     

脉动压力测试传感器模拟及振动干扰机理分析

微压阻式传感器在高速动车组脉动压力测试中由于压力幅值低、振动冲击等干扰大,导致测试信号信噪比低,难以有效提取出脉动压力。通过分析微压阻式传感器信号测试过程及结构受力原理,采用结构-电耦合有限元方法建立了一种梁膜岛式的传感器模型,能有效提高传感器的灵敏度;通过振动信号对传感器模型进行激扰,得到传感器模型的振动干扰输出;通过密闭模型车体振动试验,利用EMD分解得出传感器的振动气压总输出,分离出传感器振动干扰,即可得到车体振动引起的流场脉动压力;通过CFD软件建立车体模型,加载相同振动干扰得到流场脉动压力进行验证。结果表明:两种方法提取出的脉动压力趋势及幅值一致,证明了振动干扰机理分析的正确性,并为脉动压力提取提供了理论指导。     

融合仿真模型与数据的水下节流阀冲蚀速率预测方法北大核心CSCD

为解决由于水下生产系统节流阀与含固体沙粒的流体在冲蚀过程中相互作用发生冲蚀退化动态演变,导致冲蚀速率预测结果不准确的问题,提出了一种数值模拟与试验数据相结合的方法。首先通过冲蚀试验获得测试样本的表面轮廓变化特征,建立不同冲蚀时间下的有限元模型,再在ANSYS FLUENT仿真环境下,将有限元模型、两相流模型和冲蚀模型相结合,进行仿真试验获得不同时间尺度与表面形貌下水下节流阀的冲蚀速率,并对水下节流阀的冲蚀速率和流场压力进行分析;最后,利用RBF神经网络对水下节流阀的冲蚀仿真数据进行函数拟合,建立融合冲蚀退化动态演变的水下节流阀冲蚀速率预测模型,结果表明,所建立的基于数值模型与数据的水下节流阀冲蚀速率预测模型与传统冲蚀速率预测模型相比,准确率提高了12.3%。     

基于形态图的UVMS水下三维目标识别

水下机器人-机械手系统(UVMS)在对水下目标进行自主或半自主作业时,首要及关键的一步是进行目标识别.由于水下环境的特殊性,水下视距很小,光学成像具有噪声大、对比度差等特点;上述因素使得基于局部特征的目标识别对尺度、旋转、光线等变化的敏感度大大增加.借助立体视觉及航向传感器信息,利用水下三维目标的变尺度形态图方法可靠地实现了水下目标识别,并通过实验对该方法进行了验证.     

基于DeepLabV3+网络的滚动轴承故障特征识别

滚动轴承的故障信号一般具有非平稳、非线性的特点,通过时频分析可以得到信号中频率随时间的变化关系,有利于识别故障特征。提出了使用DeepLabV3+网络识别时频分布中故障特征的方法,对采集到的滚动轴承振动信号使用短时傅里叶变换得到时频分布,对时频分布中故障区域使用labelme进行标注;将振动信号数据集划分为训练集、验证集和测试集,训练集和验证集用来训练DeepLabV3+网络模型并调整其中的超参数,测试集用来测试网络的泛化能力。使用滚动轴承模拟信号与试验信号对提出的方法进行验证,结果表明该方法可以成功识别滚动轴承的故障特征。     

基于对抗域自适应的轴承剩余使用寿命预测方法

基于学习模型的轴承剩余使用寿命(RUL)预测方法通常假设训练和测试数据具有相同的数据分布,为解决现有方法在不同工况或不同轴承RUL预测精度大幅下降的问题,提出一种基于对抗域自适应的轴承RUL预测方法。首先进行轴承健康阶段划分,使用等渗回归对振动数据进行预处理,平滑退化信号中的随机波动,再通过测量滑动窗口内的退化梯度进行健康阶段识别,表征退化趋势并识别跳跃点,从而划分健康阶段;在此基础上,选择源域和目标域的轴承退化阶段的振动数据作为模型输入,使用源域数据预训练特征提取器和寿命预测模块;然后设计域判别器网络对抗性地训练特征提取器,以最小化源域特征与目标域特征之间的分布差异;最后使用更新参数的目标特征提取器提取目标域的特征并进行RUL预测。使用IEEE PHM Challenge 2012轴承数据集验证了本文方法的有效性,与现有模型的对比试验表明本文方法在实现不同工况下轴承RUL预测迁移问题上表现更好。     

500 m口径球面射电望远镜电液促动器系统空化影响的数值研究

针对FAST电液促动器可靠性增长试验过程中出现的振动和噪声问题,采用计算流体力学(CFD)的Mixture多相流模型等,建立FAST电液促动器液压系统油源内部流场和吸油管路模型,依据试验数据验证了模型的正确性,并对油源内的压力脉动、空化现象进行仿真试验.结果表明:系统的吸入压力低于130 kPa时,扩大吸油管路直径可显...     

内流式滑阀壁面压力分布可视化计算及试验验证

针对现有液压阀流场(Computational fluid dynamics,CFD)仿真研究中,采用单相流模型进行计算,忽略了流体气化现象对流体密度及其流场的影响,仿真所得相对压力过低与实际不符的问题,运用Fluent软件,采用两相流模型,研究内流式滑阀流场分布,分析阀口开度、流量变化对于阀芯壁面压力分布及其稳态液动力的影响;设计一种壁面压力分布测量的试验方案,测量得到阀芯壁面的压力分布,并通过表面积积分法求出阀芯所受稳态液动力。结果表明:试验所得的内流式滑阀的壁面压力分布及其稳态液动力与仿真结果趋势一致,壁面压力峰值随着阀口开度的增大而减小;阀口开度较小时,稳态液动力的方向为阀口关闭的方向,在阀口开度达到临界点时,稳态液动力的方向为阀口打开的方向;滑阀稳态液动力公式计算由于忽略了入口射流角的变化及其出口处的动量,得到的稳态液动力误差较大,且方向始终指向阀口打开的方向。     

稀疏基阵水下声成像的压缩感知方法

声传感器基阵式成像是水下目标探测的主要方法之一。在保证成像质量的同时,采用稀疏基阵是降低系统复杂性的有效途径。另一方面,成像方法也是关键技术之一,其性能直接决定成像质量的优劣。在前期研究的稀疏阵基础上,提出了压缩感知成像方法用于水下成像。回波经传感器基阵接收并进行信号分离后,获得各虚拟通道信号,利用压缩感知方法进行成像。在提出的成像方法中,采用了自适应块贝叶斯算法,它能够在噪声环境下较为准确地恢复图像。此外,根据声信号特点设计字典,并按算法特性设计了数据排列规则。实验表明:通过自适应块贝叶斯算法的压缩感知成像能够可靠地对水下目标进行成像,目标的几何特征明显。     

水下航行器光学隐蔽深度测量系统

为了实现对水下航行器光学隐蔽深度的实时测量,研制了水下航行器光学隐蔽深度测量系统。根据目标背景对比度的传输理论,分析了目标背景对比度在海水、大气、海面的传输特性,建立了水下航行器光学隐蔽深度模型。基于该模型分析了测量水下航行器光学隐蔽深度所需要的参数,设计了测量海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水体衰减性系数、海水漫衰减性系数和水下航行器表面反射率的测量方法,并完成一次海上试验。试验测得良好天气情况下特征尺度为12m的水下航行器的光学隐蔽深度为25~35m。试验结果表明,设计的测量系统可以实现对水下航行器光学隐蔽深度测量,并适用于各类潜艇。由于改变了传统的在水面进行深度测量的方式,该系统工作稳定可靠,提高了隐蔽性和对海域测量的准度,可为水下作战决策提供帮助。     

无油涡旋空压机运行过程流场模拟及性能试验

为准确快速地分析无油涡旋空压机工作过程中的流场变化规律,基于ANASYS软件开展空压机流场模拟研究。首先,对无油涡旋空压机工作原理进行介绍,对空压机流场结构和边界条件进行合理简化;再建立空压机流场区域的二维模型,根据其实际运行工况设置边界条件,建立有限元模型;然后采用动网格技术模拟动涡旋盘相对静涡旋盘的公转平动,开展非定常流动模拟,得到涡旋盘流域内任意时刻的压力场、温度场和速度场;最后通过试验方法测试空压机运行时主要性能参数。研究方法可形象地揭示无油涡旋空压机内部流动规律,且主要运行参数与实验测量结果符合良好,可为无油涡旋空压机的优化设计提供一定的参考。     

深水自主水下航行器附体安装结构参数优化及涡流噪声分析

深水自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)是主要依靠声学设备实现导航、定位以及任务操作的机电装备。声通信调制解调器是保证深水AUV正常水下作业的唯一数据通路,其周围的涡流噪声对其信号精度有着不容忽视的影响。以降低涡流噪声对声通信传感器信号干扰为目的,研究声通信传感器的安装结构设计。依据AUV上声通信传感器的安装结构抽象出几何模型,即圆柱凸体–孔腔组合结构,采用LES-Lighthill等效声源混合法对该结构的流场、声场进行模拟仿真,探讨组合结构涡流流动机制及辐射噪声特征。分析影响组合结构涡流噪声的因素,以降低涡流噪声为目的,利用正交试验的方法优化圆柱凸体–孔腔组合结构参数。结果表明,在较低速度范围内,水下航行器速度对组合结构水动噪声的影响不如组合结构参数对水动噪声的作用显著,安装结构参数对涡流噪声的影响顺序为高深比直径比深径比。研究成果为水下航行器声学传感器的合理安装及提高信号精度提供了理论指导。     

应用动网格技术模拟分析滚动转子压缩机的瞬态流动

滚动转子式压缩机是通过偏心转子的转动与滑动档板的平动,完成吸气、压缩、排气等功能。本文采用局部弹性变形与网格重组的CFD动网格技术,对制冷型滚动转子压缩机瞬时动态流场进行了数值模拟。可以计算压缩理想气体为工作介质,满足流体控制方程及气体状态方程,湍流模型采用标准k-e模型。计算得到了压缩机主要性能参数随时间变化的谐波规律、流场分布及压力分布,观测到滚动转子式压缩机内旋涡生成、运动、增大或缩小等现象。     

传感器尺寸对高速列车空气动力学测试影响

列车线路试验是研究高速列车气动性能最直接的方法,通常用微型超薄气压传感器测试列车表面压力,然而传感器自身尺寸会对测点处流场产生影响,导致测试结果不准确。针对这一长期被忽略的问题,分别建立单独列车模型和含传感器的列车模型,采用大涡数值模拟方法计算两种模型测点处的表面压力,利用希尔伯特-黄变换提取脉动压力;分析由于传感器自身尺寸带来的平均压力和脉动压力的测量误差,并建立与运行速度的幂函数关系。结果表明:由于传感器自身尺寸影响,测点处平均压力的测量误差绝对值近似与运行速度呈二次函数,脉动压力级改变幅值与速度的三次方呈正比关系,各速度级下总脉动压力级改变幅值几乎相等。将结论用于修正线路试验测试数据,为高速列车气动性能研究提供更准确的数据。     

圆渐开线型线的涡旋压缩机内部流场模拟分析

涡旋压缩机运行过程中工作腔内部流场状态参数难以通过试验测试获得。为此,以圆渐开线型线的动、静涡旋盘为对象,建立了带有动边界、径向与轴向间隙的动、静涡旋盘啮合的三维流场数值模型。利用CFD动网格技术设置流场边界、内部网格的变形,获得动、静涡旋盘啮合过程内部流场参数,并结合试验对模拟模型进行验证。结果表明:模拟结果与试验结果基本一致,获得了工作腔内流体流动压力和速度的动态分布规律,探索了压缩过程中腔内压力、速度、温度分布不均匀的原因。